徐建华-地理建模的几个问题

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1、地理境建模的几个问题徐建华（华东师范大学地理系）jhxu@geo.ecnu.edu.cn地理建模的思维导向需要深化研究的：多尺度地理建模问题地理复杂性与非线性问题1.1地理模型的作用认识地理现象的本质；揭示地理要素之间的相互关系；揭示地理系统演化的规律；模拟、预测未来。1.2威尔逊（AGWilson）的观点（1）建模的目的？解决什么理论与实际问题？（2）地理系统的构成要素是什么？（3）变量及其形式？哪些变量的变化将使系统的行为发生改变？（4）在模型中如何处理时间的概念？是无记忆系统还是记忆系统？建立静态模型还是建立动

2、态模型？（5）采用什么观点？建模的基本假设是什么？（6）建模可用的数据有哪些？这些数据的可靠性如何？（7）采用什么建模技术？有现成的技术？需要创新？（8）所建模型的精确度和有效性如何？用什么方法检验？1.3建模的思维导向“问题导向”“范式导向”“方法导向”地理问题认识问题研究新方法解决问题现成的方法有有现成的方法？无地理问题先入为主的某种范式改进范式解决问题适应范式无法直接套用修改问题适应问题地理问题某种方法改进方法，适应问题解决问题套用不成功简化问题，适应方法2.需要深化研究的：多尺度地理建模问题尺度——地理建模首

3、先必须面对、必须解决的问题。地理学中的尺度，最具复杂性和多样性。多种空间尺度的地理问题全球尺度的问题地带性和非地带性规律全球变化问题厄尔尼诺现象生物多样性变化区域尺度的问题洲际、地区尺度的问题国家尺度的问题各种尺度的区域问题多种时间尺度的地理问题以地质（或地层）年代为时间尺度的古环境问题研究古生物问题研究………….现代环境和社会经济发展问题千年、百年的时间尺度10年、1年的时间尺度季度、月、天、小时的尺度…………地理尺度-结构问题（鲁学军等，《地理科学进展》，2004，第2期）2.1传统地理学的尺度表达地图（比例尺）

4、；遥感影像（分辨率）；景观格局；区域范围;.................2.2地理建模：从两个方面表达尺度概念粒度(Grain):研究对象的最小可辩识单元空间粒度——数据采集与处理的最小单元时间粒度——仿真模拟的时间步长幅度(Extent):研究对象的持续范围空间幅度——研究对象持续空间范围时间幅度——研究对象持续的时间范围2.3地理时空尺度的复杂性海岸线测度问题：——英国海岸线究竟有多长？与测量的尺度有关！对气候变化的认识问题：——全球性的抑或区域性的问题？——干旱愈久，愈可能出现持续的干旱？与研究尺度有关！2

5、.4尚待研究的多尺度地理建模目前仍处探索阶段，亟待深入研究：发现多尺度特征的地理问题；发展尺度-结构分析模式；探索空间尺度转换方法；解决空间尺度转换中统计单元的变更问题；时间尺度与系统演化的关系问题。............3.1地理复杂性问题2010年上半年西南地区大面积持续干旱；2008年初南方雪灾冰冻，2007年太湖蓝藻爆发，2010年北方雪灾，近海海域赤潮爆发，长三角、朱三角地区的民工荒,二线、三线城市房价猛涨，......全球升温？西北干旱区气候转型？........蝴蝶效应的起源：1961年，为了预报天气

6、，洛仑兹（E·Lorenz）用计算机求解仿真一个非线性天气系统。为了考察一个很长的序列，他不是让计算从头开始，而是从中途运行:把上次的输出作为计算的初值输入，一小时后，发生奇迹：天气变化迅速偏离上一次的模式，相似性完全消失了。“对初始值的极端不稳定性”，即：“混沌”，又称“蝴蝶效应”一只蝴蝶在巴西扇动翅膀，有可能会在德克萨斯引起一场龙卷风。从此以后，“蝴蝶效应（ButterflyEffect）”之说不胫而走。“蝴蝶效应”发人深省，在于其深刻的科学内涵和内在的哲学魅力。从科学的角度来看，“蝴蝶效应”反映了复杂系统的一个

7、重要特征：系统行为对初始条件的敏感性。例：Logistic方程的迭代过程:对初值变化的响应对离散形式的Logistic方程:xn+1=μxn(1-xn)进行迭代运算，如果取μ=2.5,xo=0.5时x1=0.625x2=0.5859375………x28=0.599999998x29=0.6x30=0.6………吸引子，.....可以看出，当n的值大于29时，x的值不再改变，即使改变x0的值，只要取μ=2.5,迭代方程最终会收敛到0.6，不同的只是达到收敛值的迭代路径。即：不论初值为什么，迭代方程最终都会被吸引到一个固定值

8、，这个固定值被称为吸引子。再取μ=3.3，x0=0.5，可得：……………..x32=0.479427020x33=0.823603283x34=0.479427020x35=0.823603283…………….倍周期，....,混沌!可见，当μ取3.3时，有两个吸引子，这种收敛轨迹被称为周期2轨迹。3<μ<4时,系统的动力学行为十分复杂，系统由倍